Связь урбоэкологии с другими науками

 

Опираясь на определение понятия «урбоэкология», попытаемся установить её связь с другими науками.

В структуру урбоэкологии как науки входят:

- экологические основы (учет экологических постулатов, условия экологического равновесия);

- природно-ресурсные основы (проблемы экологического следа и городской уязвимости);

- территориально-планировочные основы (экологический каркас и коридоры);

- биологические основы (проблемы упругости экосистем); инженерно-геологические основы (устойчивость литосферы); географические основы (устойчивость ландшафтов и их компонентов);

- инженерно-технические основы (проблемы восстановления экологического равновесия техническими средствами);

- индустриальные и транспортные основы (проблемы индустриальных перемещений, загрязнений и транспорта);

- гигиенические основы (проблемы влияния окружающей среды на человека);

- эстетические основы (пути увеличения эстетической ценности естественной и застроенной окружающей среды).

 

Остановимся на некоторых их них более детально.

Экологические основы — это система экологических постулатов, которые необходимо соблюдать при урбанизации территории в целях сохранения природы, восстановления экосистем и получения высокого, экологически обоснованного качества городской среды, достижения устойчивости среды жизни [19, 21].

Природно-ресурсные основы — это комплекс знаний о размере потребной территории с учетом экологического следа, о природно-ресурсных ограничениях на развитие территории, территориальной уязвимости при большом размере экоследа, способах его оптимизации.

Территориально-планировочные основы направлены на создание экологического каркаса с сетью экологических коридоров для регионального расселения районов, населенных мест.

Биологические основы направлены на изучение проблем упругости экологических систем. Застроенные территории должны рассматриваться как социально-экологические системы, причем экологическая составляющая должна обладать упругостью, поддерживаемой необходимым объемом естественной природы с высокой продуктивностью, сложностью структуры и разнообразием трофических уровней.

Инженерно-геологические основы — это комплекс знаний о влиянии города на литосферу. Урбанизация нарушает рельеф, инженерно-геологические и гидротехнические условия, все активнее действует на литосферу, может привести к изменению направленности геологических процессов в ней. В последние десятилетия застраиваются территории с неровным рельефом и сложными инженерно-геологическими условиями, растут высота и масса зданий и сооружений, что вызывает деформации грунта на большой глубине. Осваиваются подземное пространство и шельф, районы с вечной мерзлотой, сейсмические районы, где влияние урбанизации на литосферу особенно велико.

Географические основы направлены на определение устойчивости ландшафтов к техногенным воздействиям — физическим, химическим и другим загрязнениям. Представление о необходимости создания более устойчивых к загрязнениям геосистем и ландшафтов не совсем верно. В действительности нужно сохранять в первую очередь обычные ландшафты с естественным биоразнообразием.

Инженерно-технические основы направлены на восстановление экологического равновесия техническими средствами. Они включают в себя инженерно-строительные основы совершенствования инженерных и технологических методов путем применения положений строительной экологии, устойчивого строительства, безотходных и малоотходных технологий, очистки выбросов.

Индустриальные и транспортные основы направлены на решение сравнительно новых проблем, ставших актуальными в последние годы в связи с резким ростом транспорта и индустриальных перемещений (переноса промышленных предприятий) созданием новых промышленных зон, индустриальных парков.

Гигиенические основы — это знания о реакции организма человека на воздействие многочисленных позитивных и негативных факторов урбанизированной и естественной сред. Они позволяют сохранить здоровье человека путем повышения качества среды городов.

Эстетические основы направлены на сохранение и увеличение эстетической ценности застроенной среды. Они связаны с гармоничностью и разнообразием урбанизированной среды, с социальным эффектом духовного «потребления» среды как показателем качества среды.

 

Устойчивое строительство и его экологические основы направлены на создание устойчиво развивающихся городов как социально-экологических систем. Интересны урбоэкологические решения в устойчивом строительстве для крупнейших мегаполисов по полицентричным городам, сокращению площади застройки, транспорту.

С учетом указанных выше основ можно решать задачи урбоэкологии на всех территориальных уровнях. Взаимодействие урбанизированной и природной сред должно происходить в условиях равновесного состояния — динамического гомеостаза, когда биосфера успевает адаптироваться к антропогенным воздействиям.

В идеале при решении урбоэкологических задач должны быть предусмотрены рациональное зонирование территории и размещение населенных мест, инженерно-технические мероприятия по безотходным технологиям, очистке и утилизации загрязнений, а также природоохранные мероприятия по созданию заповедников, парков и т. д. В результате должны быть обеспечены саморегуляция и воспроизводство воздуха, чистой воды, почвенно-растительного покрова, животного мира. Эти мероприятия зачастую носят идеализированный характер, так как размещение населенных мест обычно задано. Известный отечественный урбоэколог В.В. Владимиров предлагает соблюдать три условия для достижения равновесного состояния [3]:

- обеспечение баланса межрайонных потоков вещества и энергии путем воспроизводства основных компонентов природной среды;

- приведение в соответствие геохимической активности ландшафтов и объема загрязнений природной среды, в том числе обеспечение более низкого уровня загрязнений по отношению к биохимической активности экосистем района, а также физической устойчивости ландшафтов к транспортным, рекреационным и другим антропогенным воздействиям;

- проектирование районной планировки с сохранением ненарушенных участков экосистемы, которые могут воспроизвести нужные количество кислорода и объем биомассы, очистить загрязненную воду и воздух.

 

Согласно В.В. Владимирову, степень обеспечения экологического равновесия может иметь три уровня: полный, условный и относительный [3](Владимиров В.В., 1999).

Полное экологическое равновесие достигается только в случае выполнение трех указанных условий, что возможно лишь при достаточно больших территориях с плотностью населения не более 50...60 чел. на 1 км² и при лесистости территории не менее 30 %, а также при благоприятном климате.

Условное экологическое равновесие наблюдается при соблюдении только первого условия на территориях с плотностью населения не более 100 чел. на 1 км² при лесистости не менее 20... 30 %.

Относительное экологическое равновесие достигается и при большей плотности населения и меньшей лесистости, причем в этом случае основную роль играют гигиенические, инженерно-планировочные, технологические мероприятия, компенсирующие загрязнение среды.

 

Экологический след – это мера воздействия человека на среду обитания, которая позволяет рассчитать размеры прилегающей территории, необходимой для производства потребляемых нами экологических ресурсов и поглощения отходов.

 

С учетом последних исследований по экологическому следу критические антропогенные нагрузки на урбанизированные территории должны определяться не только по гигиеническим критериям и обеспеченности населения зонами различного назначения [3], но и по природно-ресурсным критериям. Минимальный размер экологического следа (около 1 га, т.е. 10 тыс. м² на жителя) сравнительно близок к разработанным ранее критериям. Так, ЦНИИГТ градостроительства для промышленных районов считает хорошим показателем обеспеченность территории 3... 3,5 тыс. м² на жителя. В ФРГ предельной (критической) плотностью в городе является плотность 100... 1500 чел. на 1 км², т.е. 0,7... 10 тыс. м² на жителя. В США «экологической нормой» считается 30 тыс. м² на человека, а соотношение урбанизированных, сельскохозяйственных и естественных территорий рекомендуется в соотношении 1:1:1. В ФРГ это соотношение составляет 28, 42 и 30%, в Польше для ядра агломерации принята норма 3... 5 тыс. чел. на 1 км², а для агломерации в целом – 0,8... 2 тыс. чел. на 1 км². Ввиду того, что экологическое равновесие достигается только при наличии больших естественных ландшафтов радом с городом, очень важно создание природоохранных зон, озеленяемых территорий, создающих вместе с объединяющими их экологическими коридорами природный (экологический) каркас расселения (рис. 1.7).

Пространственная структура идеализированного экологического каркаса расселения характеризуется равномерной сетью населенных мест со связями между ними и зонами развития (в том числе с экологическими коридорами), экологического равновесия, буферной и компенсационной [3]. В зоне наибольшей хозяйственной активности допускается максимальное воздействие на биосферу. В зоне экологического равновесия должна быть сеть природных парков, охраняемых ландшафтов с лесистостью не менее 40...50 %, с комплексом по очистке стоков, с поддержанием популяций животных и птиц, запрещены рубки леса (кроме санитарных), ограничены размещения промышленных предприятий, городского и транспортного строительства. В буферной зоне для компенсации экологической неполноценности и обеспечения в перспективе экологического равновесия должны охраняться ландшафты с лесистостью не менее 30 %. Наименее освоенные ландшафты с низкой плотностью населения считаются компенсационными зонами.

В действительности градостроительное освоение территорий чрезвычайно далеко от этого идеализированного представления, но стремиться к экологичному зонированию необходимо. По данным [3], для городов с населением свыше 1 млн чел. ширина зоны ограниченного развития должна быть 35...40 км, с населением 0,5... 1 млн чел. — 25...30 км, с населением 100...500 тыс. чел. —.25 км. За зоной ограниченного развития располагается зона активного развития. Для городов с населением 100...500 тыс. чел. ее ширина в среднем составляет 35... 50 км. Указанные зоны связаны с размерами экологического следа.

В урбоэкологии важнейшее внимание уделяется природному ландшафту, окружающему города и частично входящему в них, который играет существенную роль в санитарно-гигиенической комфортности городской среды. Так, рельеф и гидрографическая сеть влияют на направление и силу воздушных потоков. Учитывая при строительстве особенности рельефа, можно получить более благоприятный микроклимат с улучшением проветривания, регулированием солнечной радиации, увлажнением, защитой от шума, организацией стока. Рельеф и гидрографическая сеть вместе с застройкой составляют климаторегулирующую систему города [3, 8, 11, 21]. Растительность снижает воздействие ряда негативных для человека факторов, таких как шум, пыль, сильные ветры, излишняя сухость или влажность, перегрев, недостаточная аэрация. Озеленение улучшает состояние среды, снижая загрязнение воздуха, улучшая макроклимат, обеспечивая контакт человека в городе с природой, воздействуя эстетически. Сады, парки, линейное озеленение, а также озеленение крыш, террас, фасадов зданий целесообразно проектировать с учетом климата, подбирая нужный состав и оптимальное соотношение растений, чтобы не снижалась аэрация, возрождались насаждения. В соответствии с этим необходимым условием стабилизации экологической обстановки в городах выступает создание и сохранение лесопарковых зон.

Урбоэкологическая программа проектирования должна включать в себя вопросы общей экологической характеристики мест расселения, экологического следа, природно-ресурсного потенциала, экологической инфраструктуры, климатических и микроклиматических особенностей, состояния и охраны воздушного и водного бассейнов, геологической среды, почвенно-растительного покрова, в том числе рекультивации, улучшения санитарно-эпидемиологических условий, охраны флоры и фауны, фитомелиорации, защиты от загрязнений — тепловых, электромагнитных, шумовых и других, формирования систем зеленых насаждений, реставрации всех нарушенных компонентов ландшафтов, экологичной реконструкции всех зданий и инженерных сооружений, учета эстетических факторов, защиты памятников архитектуры, истории, этнографии, природы, составления комплексной схемы охраны природы, эколого-экономического мониторинга. Для регионов и городов могут быть эффективны следующие урбоэкологические мероприятия:

- экологизация всей деятельности, потребностей и архитектурно-строительных решений с учетом обоснованного экологического следа и природно-ресурсного потенциала территории;

- «замещающая» экореконструкция построенных ранее зданий и инженерных сооружений, заводов и предприятий, микрорайонов, городов;

- экореставрация нарушенных ландшафтов, восстановление экологической инфраструктуры.

 

Важнейшей проблемой урбоэкологии является обеспечение на достаточно больших территориях полного экологического равновесия. Одной из основных задач, которые необходимо решить для реализации этого равновесия, является определение демографической емкости территории и достижение соответствия проживающего населения этой емкости. Демографическая емкость территории — очень важная характеристика, определяемая как максимальное число жителей, потребности которых могут быть обеспечены за счет ресурсов территории при сохранении экологического равновесия (сейчас она становится более сложной характеристикой в связи с развитием понятия экологического следа, в который включаются очень отдаленные территории). Понятие местного экологического равновесия приобретает глобальный смысл.

Не менее важны и другие инженерно-экологические характеристики — репродуктивная способность территории, геохимическая активность и экологическая емкость.

Природная среда вокруг города испытывает антропогенные воздействия и должна быть способна к их усвоению и переработке. В зависимости от направления господствующих ветров возможен перенос разнообразных загрязнений, особенно из дымовых труб, несимметрично в плане (рис. 1.8, а). Выбрасываемые в протекающую через город реку загрязнения выносятся и постепенно перерабатываются ниже по течению реки (рис. 1.8, б). Наиболее загрязненными будут центральная часть города, места осаждения выбросов из труб, прилегающие к городу природные территории по направлению господствующих ветров, река ниже по течению, т.е. зоны ограниченного, преимущественного и активного развития и часть зоны экологического равновесия. И только в буферной и компенсационной зонах природа будет находиться в хорошем состоянии.

Способность природной среды к самовосстановлению после загрязнения чрезвычайно важна для города. Например, в речной воде процент растворенного кислорода после выброса стоков падает почти до нуля, резко меняется состав беспозвоночных и планктона, а рыбы могут вообще исчезнуть [13]. И только через значительное расстояние (оно зависит от степени загрязненности и состава загрязнений, скорости и объема стока, климата и др.) чистота воды в реке, ее флора и фауна начинают постепенно восстанавливаться. Так же обстоит дело и с загрязнением леса и почвы. Городу необходимы прилегающие высокопродуктивные природные территории с большим облесением, чтобы быстрее и эффективнее переработать загрязнения. Если же вокруг поселений таких территорий нет (например, из-за сурового климата), то расстояния между соседними поселениями должны существенно увеличиваться. Так, в тундре, на пустынных территориях, где нет высокопродуктивных систем, поселения должны располагаться на очень больших расстояниях — до нескольких сотен и тысяч километров.